Les rovers martiens de la NASA s’efforcent de faire des découvertes scientifiques révolutionnaires alors qu’ils traversent le paysage martien. Dans le même temps, les équipages qui exploitent les rovers font tout ce qu’ils peuvent pour les protéger ainsi que les milliards de dollars derrière la mission. Cet équilibre entre risque et récompense détermine les décisions concernant la destination des rovers, les chemins qu’ils empruntent pour s’y rendre et la science qu’ils découvrent.
Des chercheurs de l’Institut de robotique (RI) de l’École d’informatique ont mis au point une nouvelle approche pour équilibrer les risques et la valeur scientifique de l’envoi de rovers planétaires dans des situations dangereuses.
David Wettergreen, professeur-chercheur au RI, et Alberto Candela, qui a obtenu son doctorat. en robotique et est maintenant un scientifique des données au Jet Propulsion Laboratory de la NASA, présentera son travail, « An Approach to Science and Risk-Aware Planetary Rover Exploration », à la conférence internationale IEEE et RSJ sur les robots et systèmes intelligents plus tard ce mois-ci à Kyoto , Japon. Le document est également publié dans Lettres IEEE sur la robotique et l’automatisation.
« Nous avons examiné comment équilibrer le risque associé à aller dans des endroits difficiles par rapport à la valeur de ce que vous pourriez y découvrir », a déclaré Wettergreen, qui a travaillé sur l’exploration planétaire autonome pendant des décennies à l’Université Carnegie Mellon. « Il s’agit de la prochaine étape de la navigation autonome et de la production de données plus nombreuses et de meilleure qualité pour aider les scientifiques. »
Pour leur approche, Wettergreen et Candela ont combiné un modèle utilisé pour estimer la valeur scientifique avec un modèle qui estime le risque. La valeur scientifique est estimée en utilisant la confiance du robot dans son interprétation de la composition minérale des roches. Si le robot pense qu’il a correctement identifié les roches sans avoir besoin de mesures supplémentaires, il peut choisir d’explorer un nouvel endroit. Si la confiance du robot est faible, cependant, il peut décider de continuer à étudier la zone actuelle et d’améliorer son modèle minéralogique. Zoë, un rover qui depuis des décennies teste des technologies d’autonomie, a utilisé une version précédente de ce modèle lors d’expérimentations en 2019 dans le désert du Nevada.
Les chercheurs ont déterminé le risque grâce à un modèle qui utilise la topographie du terrain et les types de matériaux de composition du terrain pour estimer à quel point il sera difficile pour le rover d’atteindre un endroit spécifique. Une colline escarpée avec du sable meuble pourrait condamner la mission d’un rover – une véritable préoccupation sur Mars. En 2004, la NASA a fait atterrir des rovers jumeaux, Spirit et Opportunity, sur Mars. La mission de Spirit s’est terminée en 2009 lorsqu’il s’est retrouvé coincé dans une dune de sable et que ses roues ont glissé lorsqu’il a essayé de se déplacer. Opportunité poursuivie et travaillée jusqu’en 2018.
Wettergreen et Candela ont testé leur cadre en utilisant de vraies données de surface de Mars. La paire a envoyé un rover simulé se précipitant sur Mars en utilisant ces données, traçant différents chemins en fonction de risques variables, puis a évalué la science acquise grâce à ces missions.
« Le rover s’est très bien comporté tout seul », a déclaré Candela, décrivant les missions simulées sur Mars. « Même dans des simulations à haut risque, il y avait encore beaucoup de domaines à explorer pour le rover, et nous avons constaté que nous faisions encore des découvertes intéressantes. »
Cette recherche s’appuie sur des décennies de travail d’IR sur l’exploration planétaire autonome. Des articles remontant aux années 1980 proposent et démontrent des méthodes qui permettraient aux rovers de se déplacer de manière autonome sur la surface d’autres planètes, et la technologie développée grâce à cette recherche a été utilisée sur les rovers récents de Mars.
Des chercheurs pionniers en technologie autonome de la CMU ont proposé Ambler, un robot autonome à six pattes qui pourrait hiérarchiser ses objectifs et tracer sa propre voie dans des endroits comme Mars. L’équipe a testé le robot de six mètres de haut au début des années 1990. D’autres rovers ont suivi, dont Ratler, Nomad et Hyperion, un rover conçu pour suivre le soleil pendant qu’il se déplace pour recharger ses batteries.
Zoë a commencé son travail dans des environnements difficiles en 2004 et a parcouru des centaines de kilomètres dans le désert d’Atacama au Chili, un environnement à bien des égards similaire à Mars. En 2012, les missions de Zoë dans le désert se sont déplacées pour se concentrer sur l’exploration autonome et les décisions concernant où aller et quels échantillons collecter. Un an plus tard, le rover a décidé de manière autonome de forer dans le sol du désert, et il a découvert ce qui s’est avéré être des microbes inhabituels et hautement spécialisés, démontrant que la science automatisée peut aboutir à de précieuses découvertes.
Candela et Wettergreen espèrent tester leur travail récent sur Zoë lors d’un prochain voyage dans le désert de l’Utah. Le couple voit également leurs recherches apporter de précieuses contributions à la future exploration lunaire. Leur approche pourrait être utilisée par les scientifiques comme un outil pour étudier à l’avance les itinéraires potentiels et équilibrer le risque de ces itinéraires avec la science qui pourrait être acquise. L’approche pourrait également aider une génération de rovers autonomes envoyés à la surface des planètes pour mener des expériences scientifiques sans avoir besoin d’une implication humaine continue. Le rover pourrait évaluer le risque et la récompense avant de tracer sa propre route.
« Notre objectif n’est pas d’éliminer les scientifiques, de ne pas éliminer la personne de l’enquête », a déclaré Wettergreen. « Vraiment, le but est de permettre à un système robotique d’être plus productif pour les scientifiques. Notre objectif est de collecter des données plus nombreuses et de meilleure qualité que les scientifiques pourront utiliser dans leurs enquêtes. »
Alberto Candela et al, Une approche de la science et de l’exploration des rovers planétaires conscients des risques, Lettres IEEE sur la robotique et l’automatisation (2022). DOI : 10.1109/LRA.2022.3191949
Conférence: Conférence internationale IEEE et RSJ sur les robots et systèmes intelligents